新加坡，2026年6月2日——来自新加坡南洋理工大学国立教育学院（NIE NTU, Singapore）、新加坡-麻省理工学院科研联盟（SMART）——麻省理工学院（MIT）在新加坡的研究机构，与新加坡国立大学医院（NUH）和新加坡国立大学医学院（NUS Medicine）的临床医生合作，成功开发出一种新型荧光纳米传感器，能够快速检测与肠道健康和疾病相关的关键新兴生物标志物——吲哚-3-丙酸（IPA）。
IPA是由肠道细菌在分解膳食色氨酸过程中产生的一种代谢物，色氨酸是蛋白质合成所必需的一种氨基酸。IPA在调节炎症和氧化应激方面发挥重要作用，与炎症性肠病（IBD）、2型糖尿病和肝病等疾病有关联。然而，目前的检测方法依赖于传统的基于质谱分析的分析技术，这些方法成本高昂且耗时，不适合常规筛查或即时检测使用。
首个针对吲哚类代谢物肠道生物标志物的实时传感器
这款新开发的平台是首个专门设计用于检测IPA的光学纳米传感器，解决了肠道代谢物传感领域长期存在的空白。该传感器采用基于荧光的方法，可在几分钟内产生快速的光学读数，提供了比传统分析技术显著更快、更便捷的替代方案。它展现出高选择性，能够区分IPA与肠道中常见的密切相关的代谢物，使得即使在血清等复杂生物环境中也能实现准确检测。
"这是我们首次能够使用光学纳米传感器直接且快速地测量生物样本中的IPA水平，"NIE助理教授、共同第一作者Mervin Ang表示，他在研究启动时也是SMART DiSTAP的科学副主任。"这种新方法摆脱了传统质谱分析，可以为在现实环境中更快捷、更便捷地监测肠道健康铺平道路。"
这项最新突破发表在研究团队的论文《肠道健康监测中的吲哚-3-丙酸荧光纳米传感器》中，该论文刊登在《Advanced Healthcare Materials》期刊上。这款新型纳米传感器基于SMART的"颠覆性与可持续农业精准技术"（DiSTAP）跨学科研究小组（IRG）在纳米和光学传感器技术方面的研究成果。该技术最初用于监测植物健康——包括植物生长信号和应激反应——现在通过重新设计纳米和光学传感平台来检测IPA，已成功应用于人类健康领域。
"这项工作建立在SMART DiSTAP分子识别技术的基础上。我们曾使用这类技术来测量农业中活体植物的激素和代谢物，现在已将其应用于人类胃肠道系统。我们成功地将它应用于肠道健康这一长期存在的挑战，"SMART DiSTAP首席研究员、麻省理工学院化学工程Carbon P. Dubbs教授、论文通讯作者Michael Strano教授表示。"通过将我们的分子识别聚焦于这一重要的肠道健康生物标志物，我们展示了一种强大的新工具，有朝一日可能实现主动、个性化的医疗保健。该工具有望为肠道健康状况或炎症性肠病等慢性疾病的状况提供近乎即时的洞察。"
用于快速检测和未来监测的双模平台
该技术的一项关键创新是其双模传感能力。纳米传感器同时在以下两种模式下工作：
- 可见荧光模式，可实现生物样本的快速、低成本、高通量筛选；以及
- 近红外模式，其波长能够更深入地穿透组织。近红外能力使该技术可适用于体内应用，并可集成到可穿戴设备中，用于家庭检测或连续监测。例如，这可以帮助炎症性肠病等慢性病患者更早地发现病情发作，并更有自主地管理自己的健康。
这种灵活性使该平台能够在各种环境中使用，从实验室测试到医院床边使用，再到用于实时健康监测的可穿戴设备。
在患者样本中验证
为评估其临床相关性，研究团队与NUH临床医生合作，在125份人类血浆样本上测试了该纳米传感器，这些样本来自多个患者群体，包括健康个体和胃肠道疾病患者。
研究发现，健康个体与炎症性肠病患者（包括克罗恩病和溃疡性结肠炎）之间的IPA水平存在显著差异。活动性肠道炎症患者显示较低的IPA水平——这与已建立的临床发现一致。
"从临床角度看，拥有一种快速且复杂度最低的方式来评估IPA等代谢物水平可能非常有价值，"NUH和NUS Medicine医学部胃肠病学和肝病学系高级顾问、共同第一作者Jonathan Lee副教授表示。"它有可能补充现有诊断工具，并为炎症性肠病患者提供额外的洞察。"
更快捷、更便捷的肠道健康检测
除了实验室环境外，这项研究可能为更快捷、更便捷的肠道健康检测铺平道路。与依赖复杂且耗时的实验室方法不同，新型纳米传感器可以在诊所实现快速筛查，甚至便携式或家庭检测，帮助更早地发现肠道疾病并更轻松地监测治疗进展。
与专注于识别存在哪些细菌的传统微生物组测试不同，这种纳米传感器测量的是这些微生物正在积极产生的物质，提供了对肠道健康更直接和功能性的快照。直接测量代谢物输出，而不仅仅是细菌组成，可以为整体健康提供更有意义的洞察，并支持更个性化的医疗保健方法。
除了临床诊断外，该技术还可用于跟踪饮食干预的即时效果。用户可以快速了解特定食物或益生菌是否成功地为其肠道细菌提供燃料，以产生抗炎分子如IPA。该传感器还在血清和血浆等复杂生物液体中展示了可靠性能，这是迈向真实世界临床应用和进一步转化应用的重要一步。
对于制药和治疗研究，纳米传感器可用于进行快速功能测试，以确定新治疗药物或益生菌的疗效。通过提供IPA水平的即时读数，该平台可以让他们实时证明其治疗方法具有生物活性和有效性，从而显著加速药物筛选和剂量优化过程。
迈向即时检测诊断和更远
"从实验室发现到即时检测临床工具的过渡已经在进行中，"Ang助理教授表示。"随着进一步发展，该平台有望转化为临床应用，并从长远来看，适应于常规健康监测的便携式平台。"
展望未来，研究团队已获得创新到初创企业（I2Start）创新资助，以孵化一家新加坡原型初创企业，推进验证和开发。重点将放在将传感器转化为即时检测临床诊断工具，并致力于扩展平台以同时检测多种肠道代谢物和AI驱动的信号解卷积，实现更准确、全面和个性化的肠道健康监测。未来的发展还可能探索将其集成到可穿戴设备、微针系统或微流控平台中，实现连续、实时的传感。
该研究得到了Intra-CREATE种子合作资助的支持，在SMART进行的研究得到了新加坡国家研究基金会（National Research Foundation Singapore）在其研究卓越与技术企业园区（CREATE）计划下的支持。
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